水泥土搅拌桩在软土地基工程中如何应用？ 地基,复合,水泥

1、概述 
　　近年来，地基处理技术得到快速成长，地基处理技术的成长不但反应在机械、质料、设计理论、施工工艺、现场监测技术以及地基处理新要领的连续更新和进取等方面，并且反应在多种地基处理要领的综合应用方面。 
　　鉴于竖向增强体复合地基中桩的承载能力和变形特性差别，地基处理的技术效果和适用范畴均不相同，刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基结合柔性桩复合地基和刚性复合地基的特点，以富裕发挥其各自的优势，大幅度提高地基承载力，减少地基沉降，从而取得良好的技术效果和经济效益。 
　　2、复合地基设计思想 
　　2.1 设计的基本思路
　　接纳由刚性桩、水泥土搅拌桩和桩间土组成的复合地基，主要从以下几个方面考虑： 
　　⑴当竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部受到压缩产生相对付土的向下位移，桩周土在桩侧界面上形成向上的摩阻力；荷载沿桩身向下通报过程中连续克服摩阻力并通过它向土中扩散，因而桩身的轴力沿着深度逐渐减小，在桩端处与桩底反力相平衡；与此同时，桩端持力层在桩端压力作用下孕育产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载的逐渐增加，上述过程周而复始地进行，直到变形稳定为止。由于桩身压缩量的累积，上部桩身位移总是大于下部，因此上部摩阻力总是先于下部发挥，桩侧摩阻力到达极限后就保存稳定，继续增加的荷载就完全由桩端持力层蒙受，当桩底荷载到达桩端持力层的极限承载力时，桩便产生急剧的、连续滞的下沉而破坏。因此，增强桩身上部桩侧土的结构强度，对提高桩的承载力、改进桩的变形特性具有现实意义。 
　　⑵水泥土搅拌桩加固软土地基改进软土的凝结特性。通常水泥土的压缩曲线体现出明显的超凝结特性，可近似地认为水泥土桩体不存在凝结现象，而只有弹性的桩身压缩。水泥土搅拌桩加固深厚软土地基一般不会贯穿整个软土层，由此形成的加固层和下卧层软土的凝结特性仍可用双层地基一维凝结理论来剖析。从凝结机理来看，加固层渗透性极低的水泥土搅拌桩（比原状土低3到4个数量级）设置减小下卧层软土的排水凝结；同时加固层竖向附加应力向水泥土搅拌桩集中而使桩间土所受应力大大减小，孔隙压力也大为降低，因此在下卧层软土和加固层桩间土之间形成较大的孔隙压力差，加快下卧层软土的凝结。 
　　⑶水泥土搅拌桩改进天然软土的性质。流塑态软粘土拌入固化剂后形成的加固土呈坚硬状态。粘聚力和内摩擦角较原状土增加，其抗压、抗剪强度、变形模量等指标分别比天然软土提高数十倍至数百倍。当固化剂掺入比αw>5%时，加固土无侧限抗压强度qu可达500～4000kPa，相应抗拉强度σ1=（0.15～0.25）qu，粘聚力c=（0.2～0.3）qu，摩擦角Ф转变于20o～30o之间，变形模量E50=（120～150）qu.加固土强度随固化剂掺入比、水泥标号和加固土龄期的增加而提高。随着水泥掺量的增加抗渗系数由原状土的10-7㎝/s下降为（10-7～10-11）㎝/s数量级。 
　　⑷桩、土复合组成的地基形成了平面及竖向合适的刚度级配梯度和三维配合劳动的应力状态，到达对天然地基承载力的有效补强，满足设计要求，减少地基的沉降。 
　　⑸长刚性桩、短水泥土搅拌桩的安排，形成三层地基刚度，相符天然地基土层浅弱深强的规律以及地基应力通报特征，同时长刚性桩可以进入深层良好土层，减少复合地基的沉降。 
　　⑹复合地基与上部结构通过褥垫层的柔性连接，在水平荷载作用下，有效地通报笔直荷载
　　⑺复合地基与上部结构柔性连接的褥垫层调解复合地基的桩土荷载分派，发挥土体的承载能力特别是浅层土体的承载作用；垫层的作用归纳为： 
　　①包管桩体和桩间土配合包袱荷载，在上部荷载作用下，桩体一定水平“剌入”褥垫层中，富裕发挥桩间土作用。在实测的复合地基桩体和桩间土时程曲线（给定荷载下）中，桩、土受力始终为一常数； 
　　②调解桩、土荷载分担比，垫层越厚，桩间土包袱的荷载越多；荷载水平越高，桩包袱的荷载占总荷载的百分比越大。因此调解垫层厚度可调解桩土荷载分担比，反之凭据桩土应力的要求来确定垫层的厚度； 
　　③缓解基础底面的应力集中，桩顶对应的基础应力与桩间土对应的基础底面应力之比随垫层厚度的转变而转变；据研究：当垫层厚度大于10㎝时，桩对基础底面孕育产生的应力集中已明显降低；当垫层厚度为30㎝时，n只有1.2左右； 
　　④调解桩土水平荷载的分派，未设置褥垫层时，水平荷载主要由桩包袱。随着褥垫层的设置和增厚，桩顶蒙受的水平荷载逐渐变小。当褥垫层厚度大到一定水平时，水平荷载主要由桩间土包袱，桩体产生水平折断的可能性减小，桩在复合地基中失去劳动能力的机会减小。 
　　⑤褥垫层的设置，复合地基中桩体存在向上的剌入变形，阻止桩间土的变形。 
　　2.2 复合地基承载力计算 
　　刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基承载力计算的思路：⑴由天然地基和刚性桩复合形成复合地基，视为一种新的等效天然地基，其承载力特征值为fspk1.⑵将等效天然地基和水泥土搅拌桩复合形成复合地基，求得复合地基承载力即刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基承载力。 
　　具体推导如下： 
　　2.3 复合地基的复合模量 
　　复合模量表征的是复合土体抵抗变形的能力。由于复合地基是由土和增强体（桩）组成，复合模量与土和桩的模量密切相关。确定刚性桩－水泥土搅拌桩复合地基复合模量的基本要领为：⑴按简单桩型复合地基复合模量确定要领求得天然地基和刚性桩所形成复合地基的复合模量，并将其视为一等效天然地基；⑵按简单桩型复合地基确定要领，求得等效天然地基和水泥土搅拌桩形成复合地基的复合模量即为刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基的复合模量。 
　　2.4 刚性桩—水泥土搅拌桩复合地基检测 
　　桩身质量检测，可依照种种桩的检测要领分别进行检测，如刚性桩可接纳低应变检测，水泥土搅拌桩可接纳轻便触探或抽芯检测。 
　　对付一般的复合地基加固效果检测，《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）规定接纳复合地基静载荷试验，单桩复合地基载荷试验的承压板可用圆形或方形，面积为一根桩包袱的处理面积；多桩复合地基载荷试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所包袱的处理面积确定。 
　　在确定刚性桩－水泥土搅拌桩复合地基承载力特征值时，当Q～S曲线上有明显的比例极限时，而其值不小于对应比例界限的2倍，可取比例界限；当其值小于对应比例界限的2倍时，可取极限荷载的一半；当Q～S曲线是平缓的光滑曲线时，可按相对变形值确定；即取沉降比s/b或s/d即是0.006所对应的压力。 
　　3、现场静载荷试验
　　3.1  PTC＋水泥土搅拌桩复合地基 
　　某教学楼工程，地基土物理力学指标如表1.工程接纳PTC＋水泥土搅拌桩复合地基，PTC桩径Φ500，桩长37m，桩端进入⑨层砾石；水泥土搅拌桩桩径Φ500，桩长15m，桩端进入③层淤泥质粘土，1根PTC与4根水泥土搅拌桩组合成一个处理单位； 
　　3.2 预制桩＋水泥土搅拌桩复合地基 
　　某地下水池工程，园地岩土主要工程特性指标如表2.地基接纳水泥土搅拌桩复合地基，桩径Φ500，桩长16.0m，按1000×1000mm纵横双向均匀安排，设计单桩竖向承载力准则值不小于150kN，单桩复合地基承载力准则值不小于180kPa；施工后抽检8根桩进行载荷试验，水泥土搅拌桩单桩或单桩复合地基承载力准则值均未到达设计要求。 
　　接纳预制钢筋砼桩加固，桩身截面200×200㎜，砼强度C30，主筋4ф16，箍筋φ6@200；桩长20m，分五段浇制，底段带桩靴。桩段间用焊接法接桩（或硫磺胶泥）；布桩接纳每4根水泥土搅拌桩间插入1根预制桩，形成复合地基；在桩顶铺设一层厚为350mm的天然级配卵石垫层，改进地基中桩土荷载分派，富裕发挥地基土的承载力。施工完毕后，选择4组复合地基进行静荷载试验；结果见图3，试验得到的复合地基承载力准则值均大于200kPa.收罗者退散
　　（a）水泥土搅拌桩Q～S曲线 （b）预制桩＋水泥土搅拌桩Q～S曲线